Procesos de lavado de biopelículas en redes de distribución de agua potable

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(4) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 1. INTRODUCCIÓN Para una empresa de acueducto, el aspecto más importante en términos ambientales debe ser la calidad del agua suministrada a los usuarios o habitantes de una zona específica. En la actualidad, gracias al avance técnico y al desarrollo de nuevas tecnologías en campos de las ciencias naturales, se han descubierto factores que intervienen en el deterioro de la calidad del agua, aún después de los procesos realizados en las diferentes estructuras que conforman un tren de tratamiento, dentro de una planta de potabilización. Es así, como a lo largo de las últimas dos décadas, se ha hecho un avance importante en los temas relacionados con el crecimiento, desarrollo y desprendimiento de biopelículas dentro del sistema de distribución de agua potable, el cual no es un problema que afecte únicamente a los países en vía de desarrollo, sino también a muchos sistemas de acueducto en países del primer mundo. Por biopelícula, se entiende aquellas comunidades de microorganismos que se pueden desarrollar en diferentes fases (líquida o sólida)1 y se encuentran adheridas a una superficie. La importancia de las biopelículas radica en la posibilidad de que dentro de estas, existan organismos patógenos que puedan afectar la salud del ser humano, al entrar al cuerpo por medio de la vía oral. Debido a la importancia de las biopelículas en los sistemas de distribución de agua potable y a los escasos estudios que se han realizado en cuanto a este tema en Colombia, se ha considerado realizar este estudio, el cual recopila, desarrolla y analiza información referente a este tema, enfocándose en el lavado de tuberías, el cual es uno de los procesos actualmente utilizados para minimizar los impactos relacionados con la formación de biopelículas dentro de una red de agua potable.. . &$?$< 9<!@8<8A8B<!<" !8!!98 "!< ! )8 >>). . .

(5) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 1.1 ANTECEDENTES Hasta el momento se ha realizado una importante cantidad de estudios referentes a las biopelículas en sistemas de distribución de agua potable. Estos estudios se han desarrollado en países del primer mundo, especialmente en Estados Unidos, el Reino Unido y los países bajos. Los análisis y resultados a los que se ha llegado en estas investigaciones, arrojan información importante para el control de biopelículas. En Colombia, los estudios referentes a este tema se han realizado a través de las instituciones universitarias, las cuales cuentan con los recursos humanos suficientes para poner en marcha investigaciones de este tipo. A pesar del compromiso de estas instituciones, la cantidad de estudios aunque valiosa, no es significativa. En los últimos años la Universidad de los Andes, por medio del Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado (CIACUA), ha llevado a cabo estudios importantes con respecto a este tema, llegando a conclusiones contextualizadas al entorno real de las grandes ciudades colombianas. Adicionalmente en los últimos meses se ha venido implementando un estudio para la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB), que aborda temas como la formación, desarrollo y desprendimiento de biopelículas, en la red de distribución de agua potable de Bogotá. El análisis y los resultados de este estudio, podrán arrojar conclusiones reales acerca de las biopelículas en esta ciudad, que por sus características geográficas y demográficas, presenta una red compleja.. . .

(6) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 OBJETIVO GENERAL Realizar un estudio acerca del proceso de lavado de biopelículas a partir de información secundaria, teniendo en cuenta el concepto de biopelícula y sus características más importantes, abordando temas como el desprendimiento de bioestructuras y la implementación de un programa de limpieza. 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Contextualizar el estudio mediante la definición del concepto de biopelículas, sus características y proceso de formación. • Mediante el uso de información secundaria, analizar el efecto ocasionado por el material de las tuberías, en la formación de las biopelículas dentro de un sistema de distribución de agua potable. • Dar a conocer las alternativas de lavado existentes, haciendo una descripción de cada uno de ellos y de su implementación. • Describir la metodología apropiada para el desarrollo e implementación de un programa de lavado óptimo para la limpieza de una red de distribución de agua potable. • Describir la modelación que explica el desprendimiento de biopelículas dentro de una tubería de agua potable, con el fin de concluir acerca de las variables que intervienen en el desarrollo de una biopelícula. 1.3 CONTENIDO DEL INFORME Este informe es el resultado de la investigación hecha con el fin de abordar el tema del lavado de biopelículas dentro de un sistema de distribución de agua potable, para esto se. . .

(7) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . hace necesario analizar temas claves como la planeación e implementación de un programa de lavado, las velocidades necesarias y el tiempo requerido. Este informe se realizó con el fin de explicar al usuario las implicaciones de la implementación de un proceso de lavado; sin embargo, para contextualizar al lector en los métodos de limpieza de lavado y su implementación, es necesario describir el concepto de la biopelícula y su comportamiento en una red de distribución de agua potable. A continuación se realiza una descripción del contenido de cada uno de los capítulos por medio de los cuales se desarrolla este informe: •. Capítulo 1: en este se realiza una descripción general del informe, introduciendo el tema a tratar y explicando cada uno de los objetivos a alcanzar.. •. Capítulo 2: en este se contextualiza el tema de lavado en tuberías, mediante una breve definición del concepto de biopelículas, sus características y su proceso de formación en diferentes tipos de tuberías.. •. Capítulo 3: en este se enumeran y describen las metodologías de lavado existentes, analizando también los pros y contras de cada una de ellas. Adicionalmente se hace un análisis de las velocidades necesarias para llevar a cabo un proceso de lavado, y se describe un estudio realizado, acerca de los resultados de un lavado en tuberías para la limpieza de un sistema de distribución de agua potable.. •. Capítulo 4: en este se describen las actividades necesarias para la planeación e implementación de un programa de lavado de biopelículas.. •. Capítulo 5: en este se exponen todas las conclusiones obtenidas como resultado de la investigación realizada para el desarrollo de este informe. •. Capítulo 6: en este se enumeran cada una de las referencias utilizadas para el desarrollo del informe.. . /.

(8) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 2. CONCEPTO DE BIOPELÍCULAS En la literatura se define la biopelícula como un conjunto de microorganismos que se encuentran adheridos a una superficie gracias al uso de de un Exopolímero desarrollado por los mismos, él cual se compone en un 75% de glicocalix, éste forma una matriz a la cual se adhieren los microorganismos de tal forma que quedan organizados en colonias. Adicionalmente, se sabe que las biopelículas tienen rasgos y características, las cuales se explican a continuación2. 2.1 CARACTERÍSTICAS: • Adherencia: La adherencia en las biopelículas se centra en la capacidad de los exopolímeros de desarrollar la matriz adherente que finalmente va a ser la base estructural de las biopelículas. • Heterogeneidad y diferentes microambientes: las biopelículas se caracterizan por ser únicas, es decir que el conjunto de los diferentes microorganismos (bacterias, hongos y protozoos) que la componen aportan diferentes microambientes con características propias de pH, tensión de oxígeno, concentración de iones, carbono y nitrógeno. • Sistema circulatorio primitivo: debido a que las biopelículas se desarrollan en una interface sólido-líquido, la hidrodinámica permite la existencia de diferentes canales por donde son transportados los nutrientes y son evacuados los desechos, dos acciones útiles para el desarrollo de esta estructura microscópica. • Resistente a las defensas del huésped: Debido a que las biopelículas están constituidas por colonias de diferentes microorganismos, estas se vuelven resistentes a agentes antimicrobianos ya que se forma una capa impermeable sin la cual la biopelícula no se podría desarrollar. Esta capa permite, que ante la presencia de agentes antimicrobianos o detergentes, los únicos microorganismos afectados sean los que se encuentran en la superficie. !<A?C >>D *$(-$ 0- '- '&. . +* && $$ . ).

(9) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . • Quorum Sensing: esta característica se refiere a la habilidad de los microorganismos dentro de la biopelícula de comunicarse los unos con los otros mediante moléculas de señalización. Esta característica se hace más importante, debido a que se puede inhibir el crecimiento de una biopelícula mediante la manipulación de este sistema de comunicación extracelular. El Quorum Sensing se realiza mediante la utilización de moléculas de señalización. Después de diferentes estudios sobre este tema, se logró descubrir la existencia de la bacteria Vibrio fischeri dentro de ciertas biopelículas, lo cual esclarece más el concepto de Quorum Sensing. En general, cada bacteria produce una molécula autoinductora en el ambiente las cuales son llamadas feromonas o Al-1. Adicionalmente cada bacteria también posee un receptor para su propio Al-1. Cuando existen pocas bacterias de la misma especie, las concentraciones del inductor en el medio son muy bajas. El propósito principal del Quorum Sensing, es distribuir y coordinar el comportamiento y las acciones a realizar entre diferentes especies de bacterias, mediante el conocimiento de la densidad en el medio de cada una de ellas3. En la siguiente gráfica se presenta la estructura molecular de algunos de los autoinductores conocidos:. Figura No 1. Estructura molecular de autoinductores Fuente: BEECH, Iwona B. . !A? >>) * 4 &--& $ *$(-$ . . 6.

(10) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 2.2 PROCESO DE FORMACIÓN La formación y el desarrollo de una biopelícula se realizan en diferentes etapas las cuales se describen a continuación: 1. Transporte a la superficie: En esta etapa, el microorganismo que se encuentra en un medio líquido, es transportado hacia a la superficie, de tal forma que la motilidad o el movimiento se ve reducido. 2. Adhesión inicial: En esta etapa el microorganismo con el fin de adaptarse a un lugar donde se pueda desarrollar; busca asociarse con otro organismo que se encuentre sobre la superficie. 3. Consolidación de la adhesión: al tener una asociación estable con el otro organismo, se empieza a desarrollar la estructura de la biopelícula. 4. Colonización: con el establecimiento de las bases de la estructura de la biopelícula, se empiezan a desarrollar las primeras microcolonias. 5. Desorción o desprendimiento: cuando la biopelícula alcanza ciertas dimensiones, la capa superficial se ve sometida a diferentes fuerzas físicas que ocasionan el desprendimiento de la misma, promoviendo la recirculación de microorganismos en el medio y la iniciación de un nuevo ciclo. La siguiente gráfica muestra en detalle los diferentes pasos del desarrollo de las biopelículas antes mencionados:. Figura No 2. Etapas de desarrollo de las Biopelículas Fuente: BEECH, Iwona B. . . ,.

(11) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 2.3 DESARROLLO DE LAS BIOPELÍCULAS EN TUBERÍAS DE DIFERENTES MATERIALES El objetivo principal en cuanto a la microbiología asociada a la salud pública, es el de asegurar a la población agua potable libre de microorganismos; sin embargo este objetivo puede no cumplirse, ya que en el sistema de distribución el crecimiento bacteriano ocurre en la superficie interna de las tuberías. De tal forma, el desprendimiento de estas estructuras biológicas dentro de la red, puede afectar la calidad del agua suministrada. Según LeChevallier (1993) el crecimiento de biopelículas puede ser causado por diferentes factores, entre ellos la concentración del desinfectante, la temperatura del agua y la concentración de compuestos orgánicos biodegradables. Sin embargo uno de los factores poco estudiados para el entendimiento de la formación de biopelículas es el efecto de los diferentes materiales de los que pueden estar compuestas las tuberías, los cuales pueden determinar características como la rugosidad la cual ha sido identificada como un factor importante en el proceso de adhesión. En las últimas décadas se han realizado estudios que buscan determinar el grado de afectación de las características de los materiales de las tuberías en el crecimiento bacteriano. Entre estos estudios se encuentra el realizado por Pedersen (1989) y recientemente los desarrollados por Niquette, Servais y Savoir (1999) y Boxall en la Universidad de Sheffield. Las primeras dos de estas investigaciones se analizarán en este subcapítulo, mientras que la última se describirá en el capítulo tres. El estudio de 1999, (Niquette, et al.), se realizó en la red de distribución de agua de la “Asociación Intercomunitaria de Distribución de Agua de Bruselas”, compañía que opera en las 19 municipalidades que conforman a la ciudad de Bruselas. El 60% del agua utilizada para abastecer la ciudad proviene de fuentes subterráneas, mientras que el restante 40% se toma del río Meuse. Las características de la red dependen de su origen y del tiempo de residencia del agua; las tuberías del sistema de distribución están hechos de diferentes materiales: Hierro gris, hierro fundido, acero, asbesto cemento y PVC. Con el fin de estudiar el efecto que ejerce el material de la tubería sobre la cantidad o densidad de biomasa, el estudio utilizó muestras de las diferentes tuberías existentes (de 63 . ..

(12) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . cm de diámetro) en la red, las cuales fueron sometidas a un flujo continuo de agua del sistema (entre 1 y 2 L/s). Una serie de dispositivos para la incubación fueron instalados para dos períodos de colonización (Estación A, entre los meses de mayo y junio y los meses de julio a septiembre), los cuales se caracterizaron por una concentración baja de cloro residual (menos de 0,03 mg/l). Un tercer período de colonización (Estación B, entre septiembre y octubre) fue realizado posteriormente, para este se estableció una concentración de cloro residual promedio de 0,1 mg/l. La siguiente figura resume los resultados obtenidos, referentes a la densidad de biomasa para los diferentes materiales que componen las tuberías de la red, en presencia de agua con bajo contenido de cloro residual.. . Figura No 3. Densidad de biomasa, en presencia de agua con bajo contenido de Cloro residual para dos cuantificaciones diferentes Fuente: NIQUETTE, et al. (1999) Como se puede apreciar en la gráfica anterior, las menores densidades de biomasa, fueron las medidas en los materiales plásticos, es decir PVC y polietileno. En contraste, el material en el que se midió la mayor densidad de biomasa fue el hierro, mientras que las tuberías hechas a base de cemento mostraron niveles intermedios de densidad de biomasa. Al considerar un contenido promedio de Carbono de 20 fg C (Servais, 1995) por cada bacteria . >.

(13) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . en el sistema de distribución, la densidad de la biomasa para materiales plásticos se puede estimar en un rango entre 7*104 Células/cm2 hasta 5*106 células/cm2, mientras que para el hierro, la densidad de biomasa se puede estimar entre 1,3*107 células/cm2 hasta 5,9*107 células/cm2. La figura No 4, presenta la densidad de biomasa en cada uno de los materiales estudiados, bajo una alta concentración de cloro residual. Las densidades de biomasa medidas bajo estas características fueron muy bajas en comparación con aquellas medidas en ausencia de una concentración significativa de cloro residual.. Figura No 4. Densidad de biomasa, en presencia de agua con alta contenido de Cloro residual Fuente: NIQUETTE, et al. (1999) Como se puede apreciar en la figura anterior, las densidades medidas en los materiales plásticos son cercanas al límite de detección por medio del método analítico. Lo anterior puede ser la consecuencia de una mayor concentración de cloro residual en el agua. La. . .

(14) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . siguiente tabla expone los rangos de los diferentes parámetros de calidad medidos en muestras tomadas en el efluente de las estaciones. Tabla No 1. Parámetros de calidad medidos en muestras tomadas en el efluente de las estaciones Todos los puntos. Estación A. Estación B. Jun 6-Sept 4 de. Oct 27 de. Periodo de evaluación. 1997. 1997. Abr 4-Nov 28 de 1997. Temperatura (°C). 18-20. 18. 8-21. Conductividad (ȝS/cm). 400-475. 521. 390-790. 0-0,03. 0,12. 0-0,25. 0-0,05. 0,13. 0-0,3. 0,8-1,2. 0,9. 0,8. 0,2-0,3. 0,06. 0-1,1. 2*10E - 8*10E. 5,8*10E. 8,8*10³ - 4,1*10F. Cloro residual libre (mgCl/l) Cloro residual total (mgCl/l) Carbono Orgánico Disuelto (mgC/l). evaluados. Carbono Orgánico Disuelto Biodegradable (mgC/l) Bacterias suspendidas (Bacterias/ml). Fuente: NIQUETTE, et al. (1999) Las fluctuaciones y variaciones del cloro residual y la temperatura, dependen del tiempo de residencia del agua. Las densidades de la biomasa fueron medidas 104 veces en un lapso de tiempo de 8 meses. Los resultados encontrados demuestran que el material de la tubería influencia de forma considerable en la densidad de biomasa; igualmente los materiales a base de plástico, es. . .

(15) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . decir las tuberías de PVC y polietileno, sostienen menor cantidad de biomasa que las tuberías a base de hierro y cemento. Por tanto es posible afirmar que los materiales con porosidad y rugosidad similar sostienen densidades similares de biomasa. En el caso del hierro, la gran cantidad de microorganismos encontrados puede estar relacionada con la corrosión; adicionalmente, los microorganismos estudiados en este último material se muestran mejor protegidos del cloro residual en el agua, en comparación con las bacterias encontradas en otros materiales. Anterior al artículo desarrollado por Niquette, Servais y Savoir, se realizó un estudio (Pedersen, 1989) con el fin de determinar si las biopelículas se podían desarrollar en materiales “no bioestimulantes” tal como acero inoxidable y PVC. Para tal propósito, se conectaron siete reactores en serie dentro del sistema de abastecimiento de la ciudad de Göteborg, con pares de superficies de prueba de diferente material. El experimento se realizó durante 167 días con características en el flujo de: Re = 117 y Cloro residual = 0,2 mg/l. El número de microorganismos fue determinado para diferentes intervalos de tiempo, de tal forma que se pudiera realizar un análisis evolutivo de las bioestructuras. La cantidad de microorganismos se determinó mediante el uso de microscopios fluorescentes. La siguiente figura muestra la evolución promedio de los microorganismos en todas las superficies.. . Figura No 5. Evolución de los microorganismos en todas las superficies Fuente: Pedersen (1989) . .

(16) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . Como es posible apreciar, el crecimiento de las bacterias fue exponencial y el número promedio de microorganismos después de 167 días fue de 4,9*106 células/cm2. Por otro lado, las investigaciones microscópicas revelaron que el crecimiento de las bacterias se realizó mediante microcolonias separadas a lo largo del trayecto del flujo. La siguiente tabla resume los resultados hallados experimentalmente. Tabla No 2. Resultados experimentales # Variable. tiempo. Variación. microorganismos/cm2. 122 días. 2,31 * 10G. 140 días. 2,82 * 10G. 167 días. 4,90 * 10G. Acero electropolichado, hidrofílico Características de la superficie. prom. Acero recocido, hidrofílico. 2,83 * 10G. 3,15 * 10G. PVC, hidrofóbico. 3,32 * 10G. Acero, hidrofílico. 4,07 * 10G. Fuente: Pedersen (1989) La tabla anterior muestra que el acero tuvo un promedio de 4,07*106 bacterias/cm2 durante los últimos 45 días, lo cual es igual a 1,44 veces el número de microorganismos encontrado en el acero electro-polichado. Así mismo, se evidencia que las diferencias debido a las características de la superficie para acero electro-polichado y acero brillante recocido (hidrofílicos) y PVC (hidrofóbico) no tuvieron impacto en el desarrollo de las biopelículas.. . .

(17) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 3. MÉTODOS HIDRÁULICOS PARA EL CONTROL DE LA FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS La remoción de biopelículas por medio del método del lavado de tuberías es la técnica de limpieza más antigua y exitosa ya que soluciona en gran medida el problema y sus costos de uso son bajos. Los beneficios relacionados con el uso del método de lavado son el incremento de las concentraciones de cloro residual, la eliminación del agua de bacterias peligrosas para la salud humana, la remoción de sólidos suspendidos y la solución a problemas como la decoloración, el mal sabor y olor en el agua. A pesar de las grandes ventajas existentes en el lavado de biopelículas en las tuberías, este método tiene ciertas limitaciones; una de las más importantes es la inefectividad de la limpieza en tuberías largas con diámetros mayores a 300 mm, debido a que se debería requerir velocidades del flujo muy altas, la cuales son difíciles de alcanzar. En la actualidad existen diferentes metodologías para el lavado de biopelículas; estas son el lavado convencional, el lavado unidireccional y el lavado continuo. 3.1 LAVADO CONVENCIONAL El lavado convencional es la metodología más antigua la cual se basa en la abertura de uno o más hidrantes con el fin de hacer correr él agua en las tuberías, hasta que esta se encuentre en condiciones óptimas (ver figura No 6). De esta forma se logra la remoción del material suspendido y de las biopelículas. El lavado convencional es normalmente utilizado en la reactivación del sistema, después de que han ocurrido reparaciones en las tuberías. Estudios realizados anteriormente (Ellison, 2003) afirman que los patógenos encontrados en el agua después de una reparación son resistentes al desinfectante residual presente en las tuberías, por ende es de gran importancia un lavado inmediatamente después de que se realicen este tipo de actividades.. . /.

(18) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . . Figura No 6. Lavado convencional Fuente: http://images.pennnet.com/articles/ww/thm/th_260611.gif La meta de cada empresa prestadora del servicio de agua potable no debería estar dirigida a realizar el lavado de biopelículas, sino de realizar un mantenimiento y un monitoreo continuo con el fin de evitar una importante cantidad de reparaciones y por ende eventos de coloración. Adicionalmente, es posible que el lavado utilizado para la reactivación de las tuberías conlleve también a una serie de inconvenientes, los más importante es que los sedimentos que pueden estar situados en las tuberías de los alrededores se agiten debido a la dirección del flujo y las altas velocidades; además, debido a que la apertura de hidrantes no se realiza secuencialmente, suele suceder que el agua sucia sea transportada al área a la cual se le quiere hacer la limpieza. 3.2 LAVADO UNIDIRECCIONAL La metodología del lavado unidireccional, es una técnica que ha recibido importante atención en los últimos años. Este método se basa en un sistema de válvulas cerradas e hidrantes abiertos (ver figura No 7); de esta forma es posible lograr dos importantes objetivos. El primero es lograr que el agua viaje en una sola dirección generando así mayores velocidades y una limpieza más eficiente. El segundo objetivo alcanzado es el de. . ).

(19) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . realizar un lavado en forma secuencial, de tal forma que el agua que está siendo lavada, proviene de tuberías que ya han sido limpiadas anteriormente. El lavado unidireccional parte de las plantas de tratamiento y continúa a las tuberías de las más largas a las más pequeñas, de tal forma que las tuberías se llenen con agua de buena calidad al mismo tiempo que los sedimentos y los contaminantes son expulsados del sistema. (Ellison, 2003).. . Figura No 7. Lavado unidireccional Fuente: http://images.pennnet.com/articles/ww/thm/th_260613.gif Al comparar los dos métodos de lavado en tuberías descritos anteriormente, es posible señalar los beneficios que tiene el método unidireccional frente al convencional. El primero de ellos es el ahorro en agua, el 60% del agua que se utiliza en el lavado convencional, es utilizado para realizar el lavado unidireccional. Esto es debido a las altas velocidades alcanzadas, las cuales propician una limpieza de las tuberías más rápida y efectiva, lo que también se logra mediante el trabajo secuencial, lo cual permite de forma simultánea remplazar el agua de baja calidad por agua limpia. En la siguiente figura se muestra una comparación gráfica de las dos técnicas de lavado descritas anteriormente.. . 6.

(20) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . Figura No 8. Comparación entre el lavado convencional y el lavado unidireccional Fuente: Ellison (2003). . A pesar de los importantes beneficios involucrados con el lavado unidireccional, en la práctica es posible que este método no sea la mejor elección para realizar un lavado; esto se debe al largo tiempo de planeación que es necesario previo a un lavado en forma secuencial. De tal forma, aunque la metodología sea la más efectiva, cuando existen episodios de contaminación o de agua de baja calidad lo más importante es la salud humana y en consecuencia la implantación de una solución inmediata, es decir un lavado convencional que no requiere gran tiempo de planeación. En cuestión financiera es evidente que el uso del lavado unidireccional es más costoso que el lavado convencional; sin embargo esta diferencia no es tan grande en comparación a sus ventajas. El valor agregado en el lavado unidireccional radica en un mayor número de trabajadores necesarios (2 personas contra 1 persona necesaria para realizar el lavado convencional). Sin embargo, a pesar de que los costos en términos generales sean mayores, el lavado unidireccional es mucho más eficiente y necesita mucha menos cantidad de agua (40% menos); al tener en cuenta estos factores es posible considerar que el costo unitario del método convencional, podría ser ligeramente mayor.. . ,.

(21) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 3.3 LAVADO CONTINÚO Esta tercera metodología de lavado es utilizada para los sistemas de distribución con tuberías con puntos muertos. Este tipo de sistemas puede presentar inconvenientes debido a la baja velocidad del flujo, las cuales son poco eficientes en el momento de remover sedimentos y biopelículas. El lavado continuo se basa en la instalación de un artefacto especial, el cual realiza periódicamente una descarga de agua mediante un flujo a altas velocidades. 3.4 VELOCIDADES NECESARIAS PARA EL LAVADO DE BIOPELÍCULAS Existen opiniones muy variadas acerca de las velocidades óptimas del flujo en un proceso de lavado. La guía planteada por el centro de investigación de la AWWA de los Estados Unidos, sugiere una velocidad mínima de 0,7 m/s, una velocidad aconsejable de 1,5 m/s y una velocidad máxima de 3,7 m/s, con la cual se puede realizar el lavado de arena y limo. Tiempo después en el año de 1997 se realizó un estudio (Antoun, et al.) donde se indicó que la velocidad efectiva a la cual se debería hacer el lavado con el fin de remover tanto sedimentos como biopelículas, era de 1,8 m/s. Sin embargo un reporte de la Universidad de Alberta señaló que lo más importante en el proceso de lavado es el esfuerzo que se ejerce en la pared de la tubería y no la velocidad, de tal forma, es posible calcular la velocidad media del fluido utilizando la siguiente expresión que describe el esfuerzo cortante en la pared de la tubería:. τo =. U2 [2,2 ln(R / K ) + 6,6]2. Donde: Ĳ0= Esfuerzo cortante en la pared de la tubería (Pa) R= Radio hidráulico (m) K= Rugosidad hidráulica U= velocidad media (m/seg). . ..

(22) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . A partir de la ecuación anterior se deduce que aunque el esfuerzo cortante aumenta a medida que incrementa el diámetro de la tubería, esta relación no es importante en términos prácticos. Aplicando la ecuación del esfuerzo cortante es posible calcular valores apropiados de velocidad media, para los cuales se puede alcanzar un esfuerzo cortante tal que se logra un lavado eficiente. La siguiente tabla expone una serie de valores de velocidad para distintos diámetros de tubería: Tabla No 3. Velocidades para distintos diámetros de tubería Diámetro. Velocidad. (mm). (m/s). 200. 1,2. 300. 1,3. 600. 1,5. Fuente: ELLISON (2003) En la práctica, aunque se tengan los valores de velocidad necesarios para lograr un lavado hidráulico eficiente, la posibilidad de alcanzar dichos valores disminuye a medida que el diámetro de la tubería incrementa; esto debido a que las áreas de salida en los hidrantes se encuentran limitadas. Un estudio realizado por Antoun (1999) establece los requerimientos de caudal y el número de hidrantes que son necesarios en el proceso de lavado hidráulico unidireccional; estos se resumen en la siguiente tabla:. . >.

(23) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . Tabla No 4. Requerimientos de caudal e hidrantes para producir una adecuada velocidad. Diámetro de la. Caudal. Número de. Numero de hidrantes. tubería (mm). (m3/h). Hidrantes (60 mm). (100mm). 100. 50. 1. -. 150. 120. 1. -. 200. 210. -. -. 250. 330. 2. 1. 300. 460. 2. 1. 410. 850. 3. 2. 460. 1080. -. 2. 610. 1920. -. 3. Fuente: CARVAJAL (2006) Una serie de estudios realizados por Friedman (2001), llegó a una serie de conclusiones en cuanto a las variables que influyen en la velocidad en el lavado de tuberías: 1. El tamaño de las partículas de los sedimentos no afectan significativamente en la velocidad requerida para transportarlos y expulsarlos de la tubería. 2. Aunque la densidad relativa de los sedimentos es importante en teoría, en la práctica este parámetro no varía significativamente ya que por lo general el 50% de las partículas son sedimentos de hierro. 3. La rugosidad en la tubería tiene un efecto importante en la efectividad del proceso de lavado. Para una tubería lisa, la limpieza puede ser efectiva (95% de la tubería se limpia) a una velocidad mayor a 0,9 m/s. Si la tubería es ligeramente rugosa, se alcanzaría una efectividad del 90% a una velocidad de 1,2 m/s; sin embargo cuando la tubería es rugosa la velocidad de lavado tendría que ser mayor a 1,5m/s alcanzando de esta forma solo la limpieza de un 73% de la tubería.. . .

(24) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 4. Las características hidráulicas de una tubería no cambian debido a las características del flujo. Sin embargo a medida que las velocidades incrementan, la cantidad de material removido también lo hace. En conclusión, los diferentes estudios realizados demuestran que para realizar un lavado unidireccional eficiente, las velocidades del flujo deben estar entre 1,5 y 1,8 m/seg. Por otro lado, aunque velocidades tan altas no son necesarias en una tubería lisa, cuando las partículas están compuestas de material adherente, la velocidad de remoción no está clara. En general, cuando se habla del lavado de biopelículas, entre mayor sea la velocidad del flujo, mayor será la cantidad del material removido. La investigación de los métodos de limpieza de tuberías (Ellison, 2003) establece el caudal y las velocidades adecuadas para la limpieza de una serie de tuberías de diferentes diámetros, estos valores se presentan en la siguiente tabla: Tabla No 5. Caudales y Velocidades adecuadas para diferentes diámetros de tubería Velocidad. Caudal (L/seg). (m/s). 100 mm 150 mm 250 mm 300 mm 400 mm 500 mm. 0,75. 6. 13. 37. 53. 94. 147. 1. 8. 18. 49. 71. 126. 196. 1,25. 10. 22. 61. 88. 157. 245. 1,5. 12. 27. 74. 106. 188. 295. 1,75. 14. 31. 86. 124. 220. 344. Fuente: ELLISON (2003) A partir de un estudio realizado en Colombia (Carvajal, 2006), se llegó a una relación entre las velocidades del flujo y los alcances en el lavado hidráulico, llegando a la siguiente tabla:. . .

(25) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . Tabla 6. Velocidades del flujo y alcances en el lavado hidráulico. Velocidad (m/s) < 0,9. 1,5 1,8 4. Características de limpieza Arrastra légamo, sedimentos, y se reduce la demanda del desinfectante Elimina la biopelícula y se reduce la demanda del desinfectante Transporta arenas en las tuberías Elimina la arena de sifones invertidos. Fuente: CARVAJAL (2006) Aunque las velocidades presentadas en la tabla anterior se muestran como una solución al gran problema de las biopelículas y otros sedimentos en las tuberías, como ya se ha dicho anteriormente, alcanzar estas velocidades puede no ser posible. Ellison (2003) pone a consideración una serie de factores útiles en el momento de seleccionar la velocidad de lavado apropiada: 1. Se debe mantener una presión residual mínima de 20 psi en todos los puntos del sistema de distribución. 2. La presión en la tubería se incrementa con la velocidad, por tal razón la probabilidad de un evento de golpe de ariete incrementa a medida que el flujo es más agresivo. Si existe un historial de fugas en la tubería, se debe garantizar una velocidad de lavado menos agresiva. 3. Se deben establecer ciertos límites prácticos de la cantidad de agua que se desea descargar, dependiendo básicamente del lugar de descarga y las consideraciones ambientales.. . .

(26) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 4. Existe una limitación en la obtención de velocidades altas dentro de una tubería larga, debido al tamaño y el número de salidas por las cuales se obtiene la descarga. Igualmente el flujo necesario para producir dichas velocidades puede afectar los tanques, las bombas y otras fuentes de suministro de agua. Afortunadamente, existe evidencia empírica que establece que las tuberías largas necesitan menos limpieza. 3.5 UTILIZACIÓN DEL LAVADO HIDRÁULICO EN LA MITIGACIÓN DE LOS EVENTOS DE COLORACIÓN EN AGUA POTABLE DENTRO DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN. Este capítulo hace referencia al estudio realizado por Joby B. Boxall y su equipo de investigación en la universidad de Sheffield. En éste se desarrolló una serie de mediciones para determinar la turbiedad para una sola tubería y para una red de distribución ubicada en un área importantemente urbanizada. La coloración es una de las causas más importantes en cuanto a las quejas de los usuarios; esta se da como resultado de las partículas suspendidas en el agua. Estudios realizados (Gauthier, 1996), plantean que los eventos de coloración ocurren principalmente dentro del sistema de distribución y son causados por los cambio en el régimen hidráulico dentro de la red. Para mitigar la coloración del agua por medio del lavado hidráulico existen dos metodologías, el lavado pasivo y agresivo. El primero de estos consiste en la expulsión del agua contaminada a una velocidad de flujo baja, de tal forma que las fuerzas hidráulicas no excedan las condiciones operacionales en la hora más crítica del día. El lavado agresivo, por su parte, aplica altas velocidades de flujo; de tal forma se pueden generar fuerzas hidráulicas que exceden las máximas diarias logrando así que los materiales causantes de la coloración sean movilizados y removidos. En la actualidad, no se ha podido esclarecer ni las fuerzas que son necesarias generar ni las metodologías para hacerlo, con el fin de lograr una remoción progresiva y así mismo el control de la ruta del agua sucia. El lavado agresivo, en algunas ocasiones se puede considerar una metodología riesgosa debido a que el proceso de operación involucra la creación y el transporte de agua turbia dentro del. . .

(27) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . sistema de distribución, sin embargo es solo la falta de conocimiento la que hace de esta, una metodología riesgosa. A partir de un análisis de diferentes muestras, realizado por diferentes organizaciones británicas, fue posible caracterizar los materiales que promueven la coloración del agua potable. La información obtenida mediante este análisis muestra que los materiales obtenidos son fácilmente llevados a la suspensión. y que la más pequeña actividad. hidráulica es suficiente para mantener esas partículas en suspensión. A partir de esta información es posible arrojar la hipótesis en la cual los materiales causantes de la coloración del agua se originan en las paredes de la tubería, donde existen como capas cohesivas. La investigación realizada por Smith (1997) concluyó que los materiales al parecer, se concentran en las uniones de las tuberías, de igual forma un estudio realizado por Gauthier (1996) halló que el hierro era el material dominante en los depósitos de la tubería. El estudio experimental planteado por Boxall, se realizó como se dijo anteriormente en dos diferentes escenarios. El primero trata de una tubería simple y el segundo en un área con una red de distribución de agua potable. Estos dos escenarios se describen a continuación: • Tubería simple: El primer estudio se realizó en una sola tubería con problemas de coloración. Mediante éste, se pudo observar la propagación de la turbiedad en una tubería larga de un solo material. El estudio se realizó en una tubería de hierro de 3’’ de diámetro y una longitud de 1,6 Kilómetros, la cual suplía agua a unas pocas propiedades utilizando un caudal de 0,04 a 0,22 L/s. Para el experimento, se utilizó 0,25 L/s. • Sistema de distribución: El segundo estudio se realizó en una red de distribución de agua potable ubicada en una zona fuertemente urbanizada, la cual fue escogida con el propósito de examinar condiciones reales. Para esta compleja red de distribución, una secuencia de lavado fue implantada con el objetivo de realizar un lavado agresivo sobre todas las tuberías. Las fuerzas hidráulicas generadas por este método. . /.

(28) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . fueron programadas para maximizar el exceso de esfuerzo cortante generado dentro de cada tubería. El experimento, consistió en utilizar una secuencia de aperturas de hidrantes y movimientos de válvulas con el fin de aislar el trayecto del agua. El lavado se realizó en horas de la noche, ya que se debían minimizar los impactos del procedimiento en el servicio que se le entrega al usuario. La siguiente tabla muestra las características de la red de distribución y de la operación de lavado realizada en ella. Tabla No 7. Características de la red de distribución y de la operación de lavado realizada. 1 . / ) 6 , . > . 2 5 2 8 3 3 ' ; <;: :=32> ; 2 6957 324 6557 657 1 69:7 659:7 * * * ' * ' * ' * ' *. )> .> .> 6/ .> >> >> / .> .> ). 6 ) > 6 ) /) 6 . > /. > / ) / 6 , , , . >?/ >?6. >? / >?. >?6, >?. ?> >?)/ ? ) ?6 ?/. ? ?6 >?) )? ?) ,? ? ? ? 6? >. ? : ; @ ../ ../ ,.> ,.> ../ . > . > .. .,> .,> .,>. . Fuente: BOXALL et al. (2002) *CI: tuberías de hierro fundido **MDPE: tuberías de polietileno. Tubería simple: Con el fin de realizar una serie de medidas de las condiciones en las paredes internas de la tubería, se utilizó un monitor ubicado al interior de ésta. Dentro de estas mediciones se pudo apreciar un incremento progresivo del nivel de turbiedad a lo largo de la longitud de la tubería. Sin embargo, en los diferentes puntos a lo largo de la tubería (1/3 de la longitud, 2/3 de la longitud y al final donde se encuentra ubicado el hidrante) se encontró un fenómeno de decaimiento exponencial de la turbiedad momento después de un crecimiento. . ).

(29) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . empinado, el cual puede ser descrito en forma lógica, si se pone en consideración las características de las fuerzas de las capas que contribuyen a la turbiedad, por ejemplo las fuerzas de cohesión. Al analizar las muestras de agua en la salida de la tubería en intervalos de diez minutos durante el proceso de lavado, es posible describir el comportamiento de la turbiedad mediante la figura No 9, la cual especifica los componentes más importantes encontrados en los depósitos causantes de la turbiedad.. Figura No 9. Concentración de los componentes encontrados Fuente: BOXALL et al. (2002). . En la gráfica anterior se puede observar una relación directa entre la turbiedad, el contenido total de hierro y de Manganeso. De igual manera, es posible afirmar que el material dominante en las muestra tomadas fue el hierro, lo cual sugiere que este material es causado por la corrosión de la tubería de hierro. En la figura No 9, también se encuentran altas concentraciones de Manganeso; en este caso, debido a que el área alimentada por la tubería es una fuente importante de Manganeso, Por tal razón las diferencias encontradas entre las . 6.

(30) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . concentraciones de hierro y las de manganeso, pueden ser atribuidas a las diferencias en las fuentes de agua. Sistema de distribución: La figura No 10 (a y b) muestra dos trazados diferentes de dos de los procesos de lavado (lavado 4 y lavado 11) que se realizaron en un sistema de distribución. En esta gráfica es posible apreciar el comportamiento de la turbiedad en dos escenarios diferentes:. Figura No 10a. Escenario No 1: hace referencia al lavado de una tubería de hierro (Lavado No 4). Fuente: BOXALL et al. (2002). . ,.

(31) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . Figura No 10b. Escenario No 2: lavado de un sistema de distribución (lavado No 11). Fuente: BOXALL et al. (2002) La figura 10b, muestra un valor pico importante, el cual se da como resultado de la movilización de materiales que han sido previamente atrapados en una válvula cerrada permanentemente. Igualmente, para los dos escenarios descritos anteriormente, las gráficas exhiben un pico importante de la turbiedad, seguido por un decaimiento exponencial. A partir del análisis de muestras discretas recolectadas durante el proceso de lavado agresivo de la red de distribución, es posible realizar la figura No 11, cuyos resultados se obtuvieron inmediatamente después de iniciar un proceso de lavado y representa el material movilizado a la salida de cada tubería, es decir en cada uno de los hidrantes. Adicionalmente, en la figura No 11, se presentan los materiales de cada tubería, el exceso de esfuerzo cortante generado por el proceso de lavado, el esfuerzo cortante pico para cada tubería y los diámetros de las tuberías en orden ascendente.. . ..

(32) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . . Figura No 11. Resultados para cada uno de los materiales de la red de distribución Fuente: BOXALL et al. (2002) La gráfica anterior demuestra la existencia de una relación directa entre la turbiedad y la concentración de hierro para cada una de las muestras. Las muestras fueron analizadas para conocer sus propiedades físicas y su composición; algunas de éstas mostraron incrementos en zinc, plomo y aluminio durante y después del lavado. A pesar de esto, las concentraciones de hierro encontradas en las muestras eran de uno o dos órdenes de magnitud mayor, lo que indica que este es el material dominante causante de la descoloración, y que son las tuberías de hierro fundido, las que aportan la mayor cantidad de este tipo de material. Según Smith (1999) los iones ferrosos son un subproducto de la formación de las capas de corrosión. Por otro lado, el material que se moviliza de las tuberías plásticas puede ser el producto de la adhesión de estos iones. Adicionalmente la investigación de Twort (2000), sugiere que la existencia de hierro puede estar ligada al uso de coagulantes utilizados al proceso de tratamiento. Dentro de las muestras tomadas durante cada uno de los procesos de lavado realizados, se encontró que fue el lavado 7 y el 4, los que registraron mayor turbiedad, mientras que el lavado 5 y 8, generaron la turbiedad más baja. Para analizar estos fenómenos, es importante. . >.

(33) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . tener en cuenta que el exceso en el esfuerzo cortante durante el lavado No 7 fue uno de los más altos a diferencia del lavado 4, el cual era el más bajo. Por otro lado, al detallar las edades de las tuberías a las cuales se les aplicó este método de limpieza, es posible apreciar que las tuberías más viejas son las referentes a los procesos de lavado 4 y 5. Sin embargo el lavado 4 mostró una turbiedad alta a diferencia del lavado 5 que mostró una de las más bajas. Los lavados 7 y 8 también se realizaron en tuberías antiguas; sin embargo el lavado 7 mostró una alta turbiedad a diferencia del 8 que presentó una turbiedad baja. En conclusión, los lavados 5 y 8 mostraron una turbiedad baja a pesar de ser tuberías antiguas y de hierro fundido, similares a las tuberías de los lavados 4 y 7, las cuales presentaron turbiedades altas. Esto puede explicarse si se comparan los esfuerzos máximos diarios para los cuales se registro el mayor valor en las tuberías asociadas a los lavados 5 y 7; por lo tanto las capas cohesivas en estas tuberías se limpiarían más que en otras, debido a las fuerzas ejercidas diariamente. Esto demuestra las bajas turbiedades en las tuberías de los lavados 5 y 8 a comparación con las de los lavados 7 y 4. A partir del estudio experimental realizado por Boxall referente a la mitigación de los eventos de descoloración mediante el uso de los métodos de lavado, es posible llegar a las siguientes conclusiones: • El comportamiento de los datos de turbiedad tomados durante las operaciones de lavado, muestran una caída exponencial después de llegar a un pico máximo. Esto es explicado si se pone en consideración el hecho que para los sedimentos finos es difícil existir en capas que interactúan con fuerzas externas variables dentro de las tuberías en un sistema de distribución. • Fue posible presentar la acumulación progresiva de la turbiedad a lo largo de la tubería; por lo tanto es posible postular, que los materiales se encuentran distribuidos uniformemente en capas cohesivas y no concentradas alrededor de las conexiones. • El hierro se presenta como el material dominante movilizado durante un proceso de lavado. . .

(34) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . • La variación de las concentraciones de hierro durante el proceso de lavado, está directamente relacionada con el comportamiento de la turbiedad. • Todas las partículas movilizadas fueron partículas finas, es decir con un diámetro promedio de 10ȝm. • No hay una relación aparente entre el material de la tubería, la edad de estas, la hidráulica del lavado y las características del material movilizado; sin embargo, el esfuerzo máximo diario está relacionado con el total de los materiales movilizados.. . .

(35) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . 4. DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROCESO DE LAVADO Dentro de este capítulo se realiza un estudio acerca de las actividades relacionadas con la realización de un programa de lavado y limpieza de tuberías, lo cual incluye la determinación de la tubería a limpiar, la frecuencia con la que este proceso se debe hacer, los métodos apropiados para realizar la limpieza, las consideraciones a tener en cuenta previo a un proceso de limpieza y la mejor forma de medir los resultados obtenidos. Este capítulo parte del trabajo realizado por la “American Water Works Asociation” y por los estudios de “Melinda Friedman” acerca de los procesos de lavado. La figura No 12 expone el marco de trabajo general involucrando los temas más importantes que hacen referencia a los procesos de limpieza de tuberías en redes de distribución de agua potable.. . Figura No 12. Marco de trabajo general del desarrollo de un programa de lavado Fuente: ELLISON (2003) Tal y como se puede apreciar en la gráfica, la selección de la tubería a la cual se le debe realizar un proceso de limpieza y el método a utilizar para dicho propósito depende en primer lugar de un diagnóstico correcto del problema. En ocasiones el diagnóstico del . .

(36) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . problema pueda llevar a soluciones diferentes que el desarrollo de un método de limpieza; entre estas pueden haber soluciones a largo plazo, es el caso de la realización de un cambio en los procesos de tratamiento, la modificación en los sistemas de operación o reemplazar las tuberías más afectadas. Friedman (2002) señala una serie de procedimientos y pasos a seguir, con el fin de realizar un programa de lavado de tuberías que pueda satisfacer todas las necesidades y requerimientos de las empresas prestadoras del servicio; este programa se puede resumir en 4 pasos: 1. Paso 1: Determinación de las necesidades del proceso de lavado como parte del programa de mantenimiento de la empresa prestadora del servicio. 2. Paso 2: Planeación y gestión de un programa de lavado de tuberías. 3. Paso 3: Implementación del programa de lavado y recolección de información. 4. Paso 4: Revisión y evaluación del programa de lavado.. 4.1 PASO 1: DETERMINACIÓN DE LAS NECESIDADES DEL PROCESO DE LAVADO COMO PARTE DEL PROGRAMA DE MANTENIMIENTO DE LA EMPRESA PRESTADORA DEL SERVICIO. Con el fin de considerar el proceso de lavado como una herramienta apropiada dentro del programa de mantenimiento de una empresa prestadora de servicios, Friedman (2002) plantea una serie de preguntas, las cuales se exponen a continuación: • ¿Utiliza la empresa una fuente de agua subterránea desinfectada? • ¿Utiliza la empresa una fuente de agua con altas concentraciones de hierro y manganeso? • ¿Ha experimentado la empresa resultados positivos de coliformes? • ¿Existen Cloroaminas en el proceso de desinfección dentro de la red?. . .

(37) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . • ¿Existe la posibilidad de que la empresa implemente un cambio en el tratamiento que pueda alterar la química del agua? • ¿La empresa recibe frecuentes quejas por parte de los usuarios referentes a la calidad del agua? • ¿Tiene la empresa dificultad para mantener las concentraciones de cloro residual en algunas partes de la red? • ¿Le falta a la empresa un programa de utilización de válvulas, tanques e hidrantes? • ¿Existe acumulación de sedimentos en los tanques de almacenamiento?. Según el estudio, si alguna de las preguntas anteriores se aplica en la empresa prestadora de servicios, es posible que se puedan alcanzar mejoras en el sistema de distribución de agua potable mediante la realización de un programa que implemente el proceso de lavado. Si la respuesta fuera “Si” para dos o más de las preguntas anteriores, no solo la empresa debería considerar la implantación y la realización de un programa de de lavado, sino que estos procesos se deberían realizar más frecuentemente que en el caso en el cual solo una de las pregunta arrojara un sí. En contraste, si la respuesta a cada una de las preguntas fuera “No”, la empresa debería ser capaz de documentar que no existe ningún tipo de problema dentro del sistema de distribución mediante un sistema de monitoreo. En el momento en que la empresa reconozca la utilidad de la realización de un programa de lavado, es importante estudiar la viabilidad de la misma; para tal finalidad es necesario que la empresa realice una serie de cuestionamientos descritos a continuación: • ¿Las características hidráulicas de la red permitirán que se alcance la velocidad deseada y necesaria para la realización de un proceso de lavado? • ¿Existe el volumen de agua necesario para alcanzar las velocidades necesarias durante el intervalo de tiempo deseado? • ¿Cuáles son los requerimientos existentes para la disposición del agua? • ¿Cuál es el costo estimado para implementar un proceso de lavado?. . /.

(38) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . • ¿Es el lavado la solución a los problemas existentes de calidad del agua, o es solo una parte de la solución? • ¿Qué otros procesos de mantenimiento u operación deberían ser considerados con el objetivo de solucionar los problemas referentes a la calidad del agua? • ¿Es necesario realiza un lavado sobre toda la red, o este podría enfocarse solo a una porción de la misma?. 4.2 PASO 2: PLANEACIÓN Y GESTIÓN DE UN PROGRAMA DE LAVADO DE TUBERÍAS Probablemente la planeación y gestión de un programa de lavado es el paso más importante para alcanzar las metas y los objetivos relacionados con la calidad del agua entregada al usuario, la reducción de costos y evitar efectos secundarios. Para la realización de este segundo paso es importante determinar los objetivos del lavado, los cuales pueden involucrar dos aspectos: la calidad del agua entregada y las consideraciones hidráulicas o de mantenimiento. De tal forma, es importante priorizar en algunos de los temas que intervienen en lo referente a la calidad del agua debido a que el proceso de lavado puede variar dependiendo de la meta específica a alcanzar. Estos temas, pueden involucrar aspectos como la remoción de depósitos de sedimentos en la tubería, la reducción en la demanda del cloro residual dentro del sistema, la remoción de biopelículas acumuladas, la remoción de agua contaminada en una parte específica del sistema de distribución, la prevención de eventos de nitrificación y la reducción de quejas por parte de los usuarios. En cuanto a las consideraciones hidráulicas o de mantenimiento se debería priorizar en algunos de las siguientes consideraciones: poner a prueba la integridad estructural del sistema bajo condiciones controladas, proveer las oportunidades para el desarrollo de auditorías del sistema y poner a prueba las capacidades hidráulicas del sistema.. . ).

(39) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . A partir de los objetivos y la prioridad que se les den a los diferentes aspectos mencionados anteriormente, es posible que la empresa pueda considerar el método de lavado hidráulico más apropiado para cumplir con las metas especificadas; estos métodos fueron vistos anteriormente (capítulo 3). El primer paso para la planeación de un programa de lavado de tuberías es conocer de forma detallada la hidráulica y los patrones de flujo del sistema de distribución. Para dicho objetivo, es importante tener un modelo calibrado del sistema; en el caso en que este no exista, sería necesario recurrir a mapas del sistema de distribución, incluyendo también los referentes a los desagües y los recolectores de agua lluvia. El modelo obtenido puede ser utilizado para identificar los trayectos a lavar, las válvulas a abrir y a cerrar, la ubicación de tanques, bombas, hidrantes, las válvulas reductoras de presión y otros elementos dentro del sistema de distribución. Los mapas de los desagües y recolectores de agua lluvia, pueden ser útiles para identificar los lugares de descarga del agua sucia. A partir del conocimiento obtenido de la red mediante el uso de un modelo calibrado o de los planos obtenidos, es posible establecer los lugares dentro de la red más necesitados de un proceso de lavado, Ellison (2003) desarrolla una serie de parámetros referentes a este tema. 4.2.1 SELECCIÓN DE LA TUBERÍA Según Ellison (2003) casi la totalidad de las tuberías deben ser limpiadas hasta cierto punto, debido a que en la mayoría de estas existe acumulación de sedimentos, lo que puede conllevar a la aparición y desarrollo de biopelículas. La frecuencia mínima aconsejada por la literatura, habla de una limpieza anual de las tuberías, pero esta práctica en algunas ocasiones no es considerada una buena solución debido a la posible existencia de tuberías en las cuales la degradación ocurre rápidamente, contribuyendo a la formación de biopelículas, acumulación de sedimentos, procesos de corrosión y reducción de Cloro residual; en estas zonas de la red debería haber una limpieza más frecuente. En contraste, existen evidencias de tuberías dentro de una red de distribución de agua potable, que nunca. . 6.

(40) -8888 98:";9 8:!!<8<!;!8=- . . ' >>, >> . han sido limpiadas y que aún así, no presentan problemas de ningún tipo; esto debido a que para su operación habitual, estas transportan el agua a velocidades altas, realizando así lo que se entiende por auto limpieza. Para determinar la tubería que debe ser limpiada, es indispensable la recolección de información con la cual se pueda diagnosticar el problema que se presenta en la red y establecer la necesidad de realizar la limpieza. La información a utilizar debe incluir lo referente a las quejas por parte de los usuarios, la calidad del agua, las características hidráulicas del sistema y las fugas de agua existentes en la red.. 4.2.1.1 RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN PARA LA SELECCIÓN DE TUBERÍAS • Quejas por parte de los usuarios Muchas de las empresas prestadoras de servicio, utilizan las quejas de los usuarios para determinar el lugar y el momento en los cuales se debe desarrollar el lavado o la limpieza de las tuberías. Se determinó en el estudio realizado por Ellison (2003), que el 94% de las empresas estudiadas, responden a una queja mediante un lavado inmediato de la tubería o un análisis que agrupa diferentes quejas con el fin de determinar que áreas necesitan atención, ya que estos eventos pueden llegar a indicar que un problema de importantes implicaciones puede haber ocurrido. En el estudio de Ellison, se indica que solo un 14% de las empresas estudiadas, realizan un análisis estadístico de las quejas recibidas; de forma semejante, un 12% de las empresas analizan espacialmente las quejas mediante sistemas de información geográfica. Actualmente la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB) esta realizando a través del Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados (CIACUA) de la Universidad de Los Andes, un estudio sobre biopelículas. En parte de este estudio, se realiza un análisis para conocer, mediante las quejas hechas por los usuarios, las áreas. . ,.